NO339554B1 - Trådløs drift av feltbus - Google Patents

Description

Beskrivelse

Foreliggende oppfinnelse angår et kommunikasjonssystem for datautveksling i et automatiseringsteknisk anlegg for kommunikasjon mellom sentrale og perifere innretninger.

Det er kjent at det for å oppnå kommunikasjon på feltområdet, anvendes et automatiseringsteknisk anlegg av såkalte feltbussystemer. I slike systemer blir måle-verdiene i feltapparatet i de sentrale E/A bygningsgruppene digitalisert og deretter tilført et feltbussnettverk med en overlagt styring. For dette formål kreves minst en kommunikasjonsforbindelse og en mating av byggegruppen.

Det finnes bussystemer der matingen og kommunikasjonen kan finne sted via et og det samme årepar (f. eks. PROFIBS PA, Foundation Fieldbus).

Betinget av nettverksstrukturen er alle feltapparater galvaniske forbundet med felt-bussnettverket. En forstyrrelse som treffer kun en deltager virker dermed inn på hele nettverket. Dataoverføringen til alle andre deltagere er dermed ikke lenger mulig eller vil i det minste bli betydelig forstyrret. I ekstreme tilfeller kan forstyrrelsen føre til store skader som ikke kan repareres. Til de typiske forstyrrelser når det gjelder fremgangsmåtetekniske anlegg hører særlig kortslutninger, ledningsbrudd, EMV forstyrrelser og lynnedslag.

Utover dette finnes det også bevisste inngrep fra driveren som anses som forstyrrelser for automatiseringstekniske komponenter. Disse inngrep er for eksempel nødvendige for vedlikeholdsformål og utgjør dermed alltid en risiko for den i pro-sessindustrien krevde, kontinuerlige drift av et anlegg. I spesiell grad skal her nev-nes utvidelser av funksjonsomfanget for et automatiserings-teknisk anlegg slik dette for eksempel er nødvendig for integrering av anleggs-forvaltningssystemer.

Slike anleggsforvaltningssystemer tjener til å samle og å opparbeide informasjoner over tilstanden for de perifere apparater. Den sentrale styring av et automatiseringsteknisk anlegg er primært dannet for bearbeiding av prosessverdier og utover dette ikke egnet til å skaffe slike informasjoner fra analogt via en 0/4..20-mA-tilkopling tilknyttet perifere apparater, og å tilveiebringe slike. Dette skjer på samme måte for prosesstyringer med analog informasjonsoverføring og overlagrede HART-kommunikasjoner der inn-/utgangsgruppene for tilkopling til det perifere preparat ikke er i stand til HART-kommunikasjon, samt feltbussystemer uten asyk- liske tjenester. Ved slike prosesstyringer står de nødvendige innformasjoner i den sentrale styringen når det gjelder anleggsadministreringen ikke til disposisjon og derfor er et overlagt anleggsforvaltningssystem ikke tilgjengelig.

Fra publikasjonen "H.I.S. HART INTERFACE SOLUTIONS", Part.No. 475215, fra fir-ma Pepperl+Fuchs er det kjent å anvende såkalte multipleksløsninger for å stille til disposisjon Asset Management Information HART dyktige apparater. Disse bygges inn i kommunikasjonsveien for å lede de ønskede informasjoner til den sentrale styring. En senere innbygning er dog et signifikant inngrep som så å si alltid fører til utkopling av anlegget. Hyppig er slike inngrep også uønsket i strukturen av kommunikasjonsveien fordi dette er forbundet med høye dokumenterings- og test-innsatser eller fordi plassen forde nødvendige komponenter langs kommunikasjonsveien ikke står til disposisjon eller fordi det hele eventuelt vil være ekstremt omkostningsintensivt.

En ytterligere mangel ved multipleksløsningen er ofte den uønskede kopling mellom anleggstopologi og topologien for anleggsforvaltningen. Således er det regelmessig ikke mulig, med en multiplekser, kun å muliggjøre enkelte signaler for en prepare-ring av anleggsforvaltningsinformasjoner da kabelopplegget for multiplekseren føl-ger de vanlige 8- eller 16-kanalomsetninger av en inn-/utgangsbygningsgruppe. Denne mangel består også ved inn-/utgangsbygningsgrupper for tilkopling til perifere apparater som er i stand til HART-kommunikasjon, samt feltbussystemer med understøttelse av azykliske tjenester.

Fra artikkelen "Das drahtlose Sensornetzwerk", publisert i Sensor Guide 2005 fra Computer&AUTOMATION, side 14 til 18, er det kjent å overføre sensorsignaler tråd-løst og eventuelt via flere sensornoder. I ugunstig retning står prosessverdiene ikke lenger til disposisjon analogt eller som bussignaler. Dermed vil det derfor være nødvendig med en energiforsyning med ytterligere kabeltilførsler. Den alternative energitilførsel med batterier eller solceller er meget vedlikeholdstrengende hhv. væravhengige og aksepteres derfor ikke av drivere av automatiseringstekniske anlegg.

Det er videre kjent bussystemer der lysbølgeledningsstrekninger eller radiostrek-ninger anvendes for signaloverføring mellom to innretninger i en 1:1 forbindelse. De i feltet fordelt liggende bygningsgrupper er videre forbundet på konvensjonell måte via galvaniske koplede bussnettverk.

EP 0940732 A2 beskriver teknikk som er omfattet av den innledende delen av krav 1.

Foreliggende oppfinnelse har til oppgave å angi et kommunikasjonssystem der en sentral stasjon står i forbindelse med flere feltbussdeltagere uten dermed å stå i forbindelse med disse på direkte, galvanisk koplet måte.

Oppfinnelsesmessig løses denne oppgave ved hjelp av de i krav 1 angitte oppgaver. Fordelaktige formuleringer av oppfinnelsen er angitt i de avhengige kravene.

Foreliggende oppfinnelse går ut fra et automatiseringsteknisk anlegg med et antall perifere innretninger som står i kommunikasjonsforbindelse med en sentral sty-ringsinnretning. Dermed blir måleverdier og diagnosedata overført fra perifere innretninger til den sentrale styringsinnretningen og verdier samt parametere kommu-niserte fra den sentrale styringsinnretninger til de perifere innretningene.

Oppfinnelsens vesen ligger i en i kommunikasjonsveien mellomkoplet omsetter som er tilordnet et gitt antall perifere innretninger på entydig måte. Omsetteren er dannet for trådløs kommunikasjon med de tilordnede, perifere innretninger. Kommunikasjons-forbindelsen mellom omsetter og den sentrale innretning er derimot led-ningskoplet.

Oppfinnelsens kommunikasjonssystem er ved siden av bestående, ledningsbundne kommunikasjonsnettverk bygget opp for prosesstyring og supplerer disse under unngåelse av de ovenfor nevnte mangler.

Fortrinnsvis oppnås dermed at virkningen av en innledningsvis nevnt forstyrrelse for en perifer innretning blir begrenset til denne enhet og dermed unngås det at også andre, perifere innretninger trekkes inn på grunn av forstyrrelsen.

Utover dette oppnår man med begrensning av den perifere innretning at det ledningsbundne kommunikasjonsnettverk for prosesstyring og oppfinnelsens kommunikasjonssystem logisk kan koples fra hverandre på forskjellig måte slik at det er mulig med en fra hverandre forskjellig granularitet av de to kommunikasjonssyste-mer er mulig for planlegging av drift. Grepet til anleggsforvaltningsinformasjonen kan begrenses til et gitt antall eller en gitt kategori av periferiapparater. Fortrinnsvis tillater oppfinnelsens kommunikasjonssystem et sentralt grep om periferiapparater i logisk forskjellige bussystemer som utover dette kan være dannet via forskjellige styringer.

Utover dette kan man gi avkall på ytterligere plass i koplingsrommet da de for gjennomføring av oppfinnelsens lære nødvendige komponenter desentralt kan mon-teres i nærhet av det perifere apparatet.

Fortrinnsvis oppnås ved oppfinnelsens kommunikasjonssystem også innvirkninger på den sentrale styring da de over dette overførte informasjoner ledes forbi til den sentrale styring. På denne måte muliggjøres også komplekser utvidelser av det automatiserings-tekniske anlegget uten å stanse det.

Energiforsyningen for innretningen for trådløse kommunikasjonsveier skjer via det ledningsbundne kommunikasjonsnettverk for prosesstyring. Fortrinnsvis kan man gi avkall på ytterligere kabling, solceller for energiforsyninger i det perifere innretninger.

Det parallelle anleggsforvaltningssystemet har også adgang til prosessverdier slik at, ved denne forstyrrelsen, foreligger det kabelbundne kommunikasjonsnettverk overflødig som prosesstyring.

Utover dette begrenses antallet nødvendige, galvaniske separeringer til det nød-vendige minimum for å overføre prosessverdiene.

Oppfinnelsen skal nedenfor illustreres ved hjelp av et utførelseseksempel. I den eneste figuren er det vist en prinsippfigur for strukturen av et kommunikasjonssystem.

En omformer 20 er nøyaktig tilordnet n perifere innretninger 31 til 3n. De perifere innretninger 31 til 3n og omsetter eller omformerne 20 disponerer over en sende-og mottakerinnretning ved hjelp av hvilke de trådløst kan utveksle data. I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen skjer datautbyttingen via radio.

I en første utforming av oppfinnelsen er den perifere innretning 31 til 3n utført som feltinnretninger. Dermed er, i en foretrukket utførelsesform, valgte, perifere innretninger 31 og 32 som feltapparater tilordnet en første prosesstyring 71 og ytterligere perifere innretninger 3n tilordnet en andre og fra den første uavhengige pro sesstyring 72. I figuren er innretningene 31 til 3n oppført som analoge feltinnretninger som via en konvensjonell anleggskabling 60 individuelt er forbundet via en strømsløyfe med en av de angjeldende prosesstyringer 71 og 72 tilordnede inn-/utgangsbygningsgrupper 81 og 82. Prosesstyringene 71 og 72 er, via inn-/utgangsbygningsgruppene 81 og 82 i hvert tilfelle forbundet med en individuell, ledningsbundet kommunikasjonsforbindelse 41 og 42.

Omformeren 20 er via en ledningsbundet kommunikasjonsforbindelse 40 forbundet med en sentral innretning 10. I foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen er den ledningsbundne kommunikasjonsforbindelsen 40 anført som en konvensjonell, tråd-formet forbindelse. I en alternativ utforming av oppfinnelsen kan det som lednings-forbundet kommunikasjonsforbindelse 40 være anordnet en lysbølgelederforbindel-se.

I den sentrale innretning 10 blir tilstandsdata for perifere innretninger 31 til 3n for forskjellige prosesstyringer 71 og 72 samlet og vurdert for anleggsadministrering. Kommunikasjonssystemet for anleggsadministrering er dermed uavhengig lagt opp på kommunikasjonssystemet for styring av de tekniske prosesser.

I en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen kan man ta sikte på at kommunikasjonssystemet for anleggsforvaltning og kommunikasjonssystemet for styring av de tekniske prosesser, er forbundet med hverandre. For dette er prosesstyringen 71 og 72 og den sentrale innretning 10 tilkoplet en felles systembuss 90.

Omformeren 20 leder de fra feltet mottatte inngangsverdier til den sentrale innretning 10 hhv. sender de fra den sentrale innretning 10 mottatte utgangsverdier til de perifere innretninger 31 til 3n.

Denne toveiskommunikasjon utnyttes for konfigurering og parametrering av de perifere innretninger 31 til 3n. Omformeren 20 sender for dette formål de fra den sentrale innretning 10 til disposisjonsstilt data til de tilordnede, perifere innretninger 31 til 3n. Forarbeidet med data i de perifere innretninger 31 til 3n skjer så på i og for seg kjent måte.

Konstruktivt er hver perifer innretning 31 til 3n tilordnet en trådløs kommunikasjons-komponent. I en utførelsesform av oppfinnelsen er det tatt sikte på at den trådløse kommunikasjonskomponent føyes inn som separatinnretning i den perifere innretning 31 til 3n førende strømsløyfe. Dermed mates den trådløse kommunikasjonskomponent fra strømsløyfen.

For kommunikasjon mellom den separate, trådløse kommunikasjonskomponenten og den perifere innretning 31 til 3n blir den matede likestrømmen modulert på en vekselstrøm. For dette formål egner seg særlig protokollen i henhold til HART-spesifikasjonen. Som fordelaktig har det også vist seg den utførelsesform for senere opprusting av bestående automatiseringstekniske anlegg ved hjelp av midler for anleggsforvaltning. Dermed blir inngrepet begrenset til en perifer innretning 31 til 3n lokalt.

I en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen er det tatt sikte på at den trådløse kommunikasjonskomponenten dannes som suppleringsmodul. De perifere innretningene 31 til 3n er utrustet med en opptaksinnretning for eventuelle supplerings-moduler. Den trådløse kommunikasjonskomponent koples til opptaksinnretningen og mates fra de perifere innretningene 31 til 3n. For eksempel kan en lokal angi-vermodul erstattes med en kommunikasjonsmodul. Fortrinnsvis er det dermed at det trådbundne kommunikasjons-nettverk forblir uberørt av de konvensjonelle an-leggskoplinger 60.

I en alternativ utførelsesform kan det som perifere innretninger 31 til 3n også tas sikte på inngangs-/utgangsgrupper 81, 82. Dermed blir prosessverdier overført mellom feltapparatene og inngangs-/utgangsbygningsgruppene 81, 82 via analoge strømsløyfer hvis vekselstrømsignal er oppmodulert for overføring av anleggsfor-valtnings-informasjoner. Herved er særlig protokollen i henhold til HART-spesifikasjonen egnet. Anleggsforvaltningsinformasjonen omsettes i inngangs-/utgangsbygningsgruppene 81, 82 mellom trådforbundne vekselstrømoverføringer og de trådløse overføringer og byttes ut via de trådløse kommunikasjonsforbindel-ser 50 og omformeren 20 med den sentrale innretning 10.

Med denne utførelsesform lykkes det å overvinne fremstillespesifikke inkompatibili-teterved kommunikasjon mellom inngangs-/utgangsbygningsgrupper 81, 82 og prosesstyringer 71 og 72 for overføring av anleggsforvaltningsinformasjoner.

Utover dette er denne utførelsesform anvendelig også når feltapparatene er koplet inn via en feltbuss og er i stand til digital kommunikasjon via denne.

Referanseliste

Claims (6)

1. Kommunikasjonssystem for datautveksling i et teknisk auto-matiseringsanlegg for kommunikasjon mellom sentrale og perifere enheter, kommunikasjonssystemet omfatter: en omformer konfigurert til å motta inngangsverdier fra et panel; en sentral enhet konfigurert til å motta inngangsverdiene fra omformeren og sende konfigurasjonsdata til eksterne enheter via en omformer; et flertall av styringer, hvori omformeren er koplet i en første bane mellom ytre enheter i den tekniske automatiseringsinstallasjonen og den sentrale enheten, og har en forhåndsbestemt rekke tilknyttede eksterne enheter, og er konstruert for kabelbasert kommunikasjon med den sentrale enheten, og for trådløs kommunikasjon med de tilknyttede ytre enheter; hver av et flertall av andre baner i den tekniske automatiseringsinstallasjonen omfatter i det minste en av flere styringer for å kontrollere i det minste en del av de perifere enheter, og som blir koblet fra den første banen; i det minste en av de flere andre baner, inkludert i det minste en av de flere styringer for å styre minst to av de perifere enheter, et flertall av styringer som blir forbigått ved den første banen; og den første banen er anordnet for å tilveiebringe kommunikasjon fra konver-teren til den sentrale enheten for monteringsstyring av teknisk automatiseringsinstallasjonen og for å tilveiebringe kommunikasjon fra den sentrale enheten til omformeren for å konfigurere i det minste en del av de perifere enheter, hvori minst en av de perifere enhetene er forbundet med den første bane, og en av de flere andre baner, idet i det minste en ekstern enhet konfigurert til å ha kabelbasert kommunikasjon med i det minste en annen perifer enhet via den andre banen og trådløs kommunikasjon med omformeren i løpet av den første bane, og hvor de perifere enhetene er feltenheter.

2. Kommunikasjonssystem som angitt i krav 1, hvori feltutstyret kan konfigu-reres via en kommunikasjonsforbindelse.

3. Kommunikasjonssystem som angitt i krav 1, hvori de perifere enhetene er inngangs / utgangsstillinger.

4. Kommunikasjonssystem som angitt i krav 1, hvori omformeren passerer inngangsverdier som mottas fra de tilhørende perifere enheter til den sentrale enheten, og sender utgangsverdier mottatt fra den sentrale enheten til de tilknyttede eksterne enheter.

5. Kommunikasjonssystem som angitt i krav 1, hvori minst en av de flere styringer som blir forbigått ved den første banen er konfigurert for å kommunisere informasjon som brukes for installasjonsadministrasjon sammen med en eller flere av de perifere enhetene.

6. System for å kommunisere data i et teknisk automatiseringssystem som har et antall periferienheter, omfattende: en første kommunikasjonsvei inkludert: en omformer konfigurert til å motta inndata for konfigurering av eksterne enheter; og en sentralenhet konfigurert for å motta input data fra omformeren og sende konfigurasjonsdata til de eksterne enheter via omformer, hvori kommunikasjon mellom omformeren og den sentrale enheten er utført over en kabelbasert kommunikasjonsforbindelse og kommunikasjon mellom omformeren og de perifere enhetene blir gjennomført over en trådløs kommunikasjonsforbindelse; et antall andre kommunikasjonsveier, hverandre kommunikasjonsveien blir frakoblet fra den første kommunikasjonsvei og inkluderer: en styreenhet konfigurert for å tilveiebringe kommunikasjon mellom minst en respektiv ytre enhet og den sentrale enheten via en kabelbasert kommunikasjonsforbindelse; og en tredje kommunikasjonsvei inkludert: omformer, den sentrale enheten og de flere eksterne enheter, hvori minst en av de perifere enhetene er forbundet med den første kommunikasjonsbanen og en av de flere andre kommunikasjonsveiene, den minst ene eksterne enheten er utformet for å kommunisere med i det minste en annen perifer enhet via den kablede kommunikasjonsforbindelsen for den andre kommunikasjonsbanen, og å kommunisere med omformeren via den trådløse kommunikasjonsforbindelsen til den første kommunikasjonsbanen, og hvor de perifere enhetene er felten heter.